KR20150043485A - Systems and methods for applying flux to a quantum-coherent superconducting circuit - Google Patents

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KR20150043485A KR1020157006698A KR20157006698A KR20150043485A KR 20150043485 A KR20150043485 A KR 20150043485A KR 1020157006698 A KR1020157006698 A KR 1020157006698A KR 20157006698 A KR20157006698 A KR 20157006698A KR 20150043485 A KR20150043485 A KR 20150043485A
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Abstract

본 발명에서는 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속(flux)을 인가하기 위한 방법들 및 시스템들이 제공된다. 일 실시예로서, 본 시스템은 롱-조셉슨 접합(LJJ), LJJ에 결합되고, 양자-코히어런트 초전도 회로에 유도적으로 결합되는 유도성 루프, 및 제어 자속의 제 1값이 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 유도성 루프에 자속 양자를 인가하는 동안에, 또한, SFQ 펄스가 LJJ의 제 2단부로 전파하도록 SFQ 펄스를 LJJ의 제 1단부로 인가하도록 구성되는 자속 양자(SFQ) 제어기를 포함할 수 있다.In the present invention, methods and systems are provided for applying flux to a quantum-coherent superconducting circuit. In one embodiment, the system includes an inductive loop coupled to a Long-Josephson junction (LJJ), LJJ, inductively coupled to a quantum-coherent superconducting circuit, and a first value of the control flux, (SFQ) controller configured to apply a SFQ pulse to the first end of the LJJ so that the SFQ pulse propagates to the second end of the LJJ while applying both flux to the inductive loop to be applied to the runt superconducting circuit .

Description

양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR APPLYING FLUX TO A QUANTUM-COHERENT SUPERCONDUCTING CIRCUIT}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a system and a method for applying a magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit, and a system and a method for applying a magnetic flux to a quantum coherent superconducting circuit.

본 발명은 미국 정부의 에이전시(agency)와의 계약 하에 완성되었으며, 계약번호는 W911NF-11-C-0069이다.The present invention was completed under a contract with an agency of the US government, and the contract number is W911NF-11-C-0069.

본 출원은 U.S. Serial 2012년 08월 14일에 제출되고, 그 전체 내용들이 본원에 참조로서 통합되어 있는 미국 특허 출원 제 2013-585467에 대해 우선권을 주장한다. This application is a continuation-in- Serial No. 2013-585467, filed August 14, 2012, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

본 발명은 전반적으로 초전도 회로들과 관련되어 있으며, 보다 자세하게는 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates generally to superconducting circuits, and more particularly to systems and methods for applying magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit.

양자 컴퓨터에 있어서, 양자 알고리즘은 각각의 펄스 시퀀스가 양자 게이트를 실행하도록 펄스들의 시리즈를 큐비트들의 다수로 인가하는 것과 소자들을 결합하는 것에 의하여 실행된다. 많은 초전도 구현예에 있어서(예를 들어, 위상(phase), 자속(flux) 및 아키텍처 기반의 트랜스몬 큐비(transmon qubit based architectures)), 이러한 제어 펄스들(control pulses)은 큐비트들에 인가되는 마그네틱 자속의 형태를 취한다. 이러한 제어 펄스들은 통상적으로 상온의 전자들에 의하여 발생되고, 동축 라인들을 통하여 액화 패키지로 도입된다. 그러나, 동축 라인 방법은 유용한 양자 프로세서로서 요구되는 정도로 확장가능하지 않다. 원하는 통합(integration)의 레벨을 달성하기 위하여 큐비트 크리오패키지(cryopackage) 내에서, 가급적 큐비트들로서 같은 칩에 있는 제어 회로망을 통합하는 것이 필요가 있다. 초전도 단일-자속-양자(SFQ) 디지털 기술은 통합 제어 회로망을 구현하기 위한 자연스러운 선택이다.For a quantum computer, a quantum algorithm is implemented by applying a series of pulses to a plurality of qubits and combining the elements so that each pulse sequence performs a quantum gate. In many superconducting implementations (e.g., phase, flux and architecture based transmmon qubit based architectures), these control pulses are applied to the qubits It takes the form of magnetic flux. These control pulses are typically generated by normal temperature electrons and are introduced into the liquefaction package through coaxial lines. However, the coaxial line method is not scalable to the extent required by a useful quantum processor. In order to achieve the desired level of integration, it is necessary to integrate the control network in the same chip as possible, preferably in the cryopackage. Superconducting single-flux-quantum (SFQ) digital technology is a natural choice for implementing an integrated control network.

그러나, SFQ 디지털 제어를 양자-코히어런트 초전도 회로로 인터페이싱하는 것에는 여러가지 문제점들이 있다. 첫째로, SFQ 로직에 일반적으로 적용되는 션트 저항들은 큐비트들에게 에너지 낭비적인 환경을 제공할 수 있다. 둘째로, SFQ 펄스는 일반적으로 몇 피코 초(picoseconds) 정도의 매우 빠른 상승시간을 가지며, 몇 기가 헤르츠(GHz)의 동작 주파수를 갖는 큐비트에게 직접적으로 SFQ 펄스를 인가하는 것은 큐비트에 원치않는 전환을 유도함으로서 정확도의 상당한 손실을 야기할 것이다. 예를 들어, 10GHz에서 작동하는 큐비트에 있어서, SFQ 펄스들의 상승시간은 제어 단열을 유지하기 위한 나노 초(nanosecond) 정도로 상승될 것이다. SFQ 펄스들과 큐비트의 단열적 제어는 제어 펄스들을 발생시키는 접합들의 상당한 감쇠이든, 또는 SPQ 펄스들의 상당한 저역-통과 필터링을 요구한다. 필터 설계의 당업자는 임의의 저역 통과 필터가 적어도 단독으로 종료되어야 함을 인식해야할 것이고, 그에 따라, SFQ펄스들의 필터링은 또한 상당한 감쇠를 포함한다. 큐비트의 소실되는 전원과의 임의의 결합은 그들의 결합을 상당히 저하시키기 때문에, 큐비트와 제어 회로망사이의 결합은 극히 작아야 하고, 따라서 효율적으로 SFQ 소스로부터의 제어 자속을 코히어런트 큐비트 회로에 인가하는 것은 과제로 남아있다.However, there are various problems in interfacing SFQ digital control with quantum-coherent superconducting circuits. First, shunt resistors, commonly applied to SFQ logic, can provide an energy-wasting environment for qubits. Second, SFQ pulses have very fast rise times, typically on the order of a few picoseconds, and applying SFQ pulses directly to a qubit with an operating frequency of several gigahertz (GHz) Leading to a significant loss of accuracy. For example, for a qubit operating at 10 GHz, the rise time of SFQ pulses will rise to nanoseconds to maintain control isolation. The adiabatic control of the SFQ pulses and the qubits requires considerable attenuation of the junctions that generate the control pulses, or significant low-pass filtering of the SPQ pulses. Those skilled in the art of filter design will have to be aware that any low-pass filter must be terminated at least by itself, so that filtering of SFQ pulses also involves significant attenuation. The coupling between the qubit and the control network must be extremely small, so that any coupling of the qubits with the lost power source will significantly degrade their coupling, and thus efficiently transfer the control flux from the SFQ source to the coherent qubit circuit The authorization remains a challenge.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속(flux)을 인가하기 위한 시스템을 제공한다. 본 시스템은 롱-조셉슨 접합(long-Josephson junction, LJJ), 상기 LJJ에 결합되고, 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 유도적으로 결합되는 유도성 루프; 및 제어 자속의 제 1 값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 상기 유도성 루프에 자속 양자를 인가하는 동안에, 또한, 단일 자속 양자(single flux quantum, SFQ) 펄스가 상기 LJJ의 제 2 단부로 전파하도록 상기 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부에 인가하도록 구성되는 SFQ 제어기를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the present invention provides a system for applying flux to a quantum-coherent superconducting circuit. The system includes a long-Josephson junction (LJJ), an inductive loop coupled to the LJJ and inductively coupled to the quantum-coherent superconducting circuit; And applying a single flux quantum (SFQ) pulse to the second loop of the LJJ while applying both flux to the inductive loop such that a first value of the control magnetic flux is applied to the quantum coherent superconducting circuit, An SFQ controller configured to apply the SFQ pulse to the first end of the LJJ to propagate to the end.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명은 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템을 제공한다. 본 시스템은 LJJ, 상기 LJJ의 중간지점에서 상기 LJJ와 결합하고, 상기 양자-코히런트 초전도 회로에 유도적으로 결합하는 유도성 루프, 양자-코히어런트 회로에 인가되는 제어 자속의 제 1값이 되도록 순환방향이 초기에 제 1 방향에 있는 상기 유도성 루프 내의 쌍-안정의(bi-stable) 지속적 전류를 설정(establish)하는 자속 양자의 절반을 설정하기 위한 DC 자속 바이어스를 제공하기 위해 상기 유도성 루프에 유도적으로 결합하는 DC소스(DC source)를 포함한다. 시스템은 추가적으로 제어 자속의 제 2값이 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 순환방향이 제 1방향에서 제 2방향으로 전환되는 유도성 루프의 쌍-안정의 전류가 되도록 유도성 루프에 자속 양자를 인가하는 동안에, 또한, 양의(positive) 단일 자속 양자(single flux quantum, SFQ) 펄스가 상기 LJJ의 제 2 단부에서의 매칭된 부하로 전파하도록 양의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부로 인가하도록 구성되는 SFQ 제어기를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the present invention provides a system for applying a magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit. The system comprises: an inductive loop coupled to the LJJ at the midpoint of the LJJ and to the LJJ and inductively coupling to the quantum-coherent superconducting circuit; a first value of the control magnetic flux applied to the proton- In order to provide a DC magnetic flux bias to set both half of the magnetic flux to establish the bi-stable continuous current in the inductive loop in the first direction of the circulation direction, And a DC source that inductively couples to the sex loop. The system is further configured to apply a magnetic flux to the inductive loop so that the second value of the control magnetic flux is applied to the quantum-coherent superconducting circuit such that the circulating direction is a bi- A positive SFQ pulse is applied to the first end of the LJJ so that a positive single flux quantum (SFQ) pulse propagates to the matched load at the second end of the LJJ, Lt; RTI ID = 0.0 > SFQ < / RTI >

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 방법이 제공된다. 본 방법은 LJJ의 중간지점에의 롱-조셉슨 접합(LJJ)에 결합하고, 상기 양자-코히런트 초전도 회로에 유도적으로 결합하는 유도성 루프를 제공하는 단계를 포함한다. 또한 본 방법은 초기에 제 1 방향에 있는 상기 유도성 루프 내의 쌍-안정의(bi-stable) 지속적 전류를 설정(establish)하는 자속 양자의 절반을 설정하기 위해 DC 자속 바이어스를 상기 유도성 루프로 인가하는 단계를 포함한다. 추가적으로, 본 방법은 제어 자속의 제 1 값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 상기 유도성 루프에 자속 양자를 인가하는 동안에, 또한, 양의(positive) 단일 자속 양자(single flux quantum, SFQ) 펄스가 상기 LJJ의 제 2 단부에의 매칭된 부하로 전파하도록 상기 양의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부에 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, a method for applying a magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit is provided. The method includes providing an inductive loop that couples to a Long-Josephson junction (LJJ) at the midpoint of the LJJ and inductively couples to the quantum-coherent superconducting circuit. The method also includes setting the DC magnetic flux bias to the inductive loop to initially set half of both flux establishing bi-stable continuous current in the inductive loop in the first direction . Additionally, the method may further comprise the step of applying a positive single flux quantum (" quantum ") flux to the inductive loop during application of both flux to the inductive loop such that a first value of the control flux is applied to the quantum- SFQ) pulse to the matched load at the second end of the LJJ to the first end of the LJJ.

도 1은 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템의 일 실시예의 기능적 블록 다이어그램을 도시함.
도 2는 롱-조셉슨-접합 제한 배열 내의 조셉슨 전파 라인(JTL)의 부분의 예시적인 회로도를 도시함.
도 3은 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템의 일 실시예의 부분의 회로도를 도시함.
도 4는 최적화되어 시뮬레이션 된 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 예시적인 시스템을 보여줌.
도 5는 도 4에 도시된 회로의 SPICE 시뮬레이션의 결과를 보여줌.
도 6은 N-bit DAC 내의 본 발명의 적용의 예시적인 실시예를 나타냄.
도 7은 양자-가변 결합기를 작동시키는 본 발명의 예시적인 적용을 나타냄.
도 8은 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 방법의 순서도를 나타냄.Figure 1 shows a functional block diagram of one embodiment of a system for applying magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit.
Figure 2 shows an exemplary circuit diagram of a portion of a Josephson propagation line (JTL) in a Long-Josephson-junction limited array.
Figure 3 shows a circuit diagram of a portion of an embodiment of a system for applying magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit.
Figure 4 shows an exemplary system for applying magnetic flux to an optimized and simulated quantum-coherent superconducting circuit.
Fig. 5 shows the results of the SPICE simulation of the circuit shown in Fig.
6 shows an exemplary embodiment of the application of the present invention in an N-bit DAC.
Figure 7 illustrates an exemplary application of the present invention for operating a quantum-variable coupler.
8 shows a flowchart of a method for applying a magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit.

도 1은 양자-코히어런트 초전도 회로 18 에 자속을 인가하기 위한 시스템 10의 일 실시예의 기능적 블록 다이어그램을 도시한다. 시스템 10은 상대적으로 큰 결합 효과로 양자 코히어런트 회로 18 를 SFQ 제어기 12에 결합 가능하도록 구성된다. 도 1을 예시적으로 살피면, 양자 코히어런트 초전도 회로 18 는 큐비트 이다. 그러나, 본 시스템 10 은 상기 양자 회로의 일관성을 무시하지 않고 각가지의 다른 양자 코히어런트 초전도 회로들에게 자속을 인가할 수 있다.FIG. 1 illustrates a functional block diagram of one embodiment of a system 10 for applying magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit 18. The system 10 is configured to be able to couple the quantum coherent circuit 18 to the SFQ controller 12 with a relatively large coupling effect. By way of example, FIG. 1, the quantum coherent superconducting circuit 18 is a qubit. However, the present system 10 can apply a magnetic flux to various other quantum coherent superconducting circuits without ignoring the consistency of the quantum circuit.

시스템 10 은 롱 조셉슨 접합(long Josepshon junction, LJJ)을 이용한다. LJJ는 입력 인덕턴스와 출력 인덕턴스 사이에 결합한 단일 와이드 조셉슨 접합(예를 들어, 200-500㎛ 길이에 의한 2㎛ 폭(wide))배열(arrangement)일 수 있고, 접합 기술에 특징이 있는 접합(junction)에 병렬 연결된 분포 정전 용량(distributed capacitance)을 가질 수 있다. 대안적으로, LJJ는 롱-조셉슨-접합 제한 배열 중 언-션트(un-shunted) 조셉슨 접합들(예를 들어, 병렬로 연결된 조셉슨 접합들 중 션트가 아닌 레지스터)의 병렬 어레이인 조셉슨 접합 어레이로서 구현될 수 있다. 롱 접합 제한 배열 내의 조셉슨 접합 어레이는 LJJ 배열을 위한 직렬 인덕터들(예를 들어 약 30㎛ 길이)과 함께 조셉슨 접합들(예를 들어, 약 3㎛×약3㎛)을 포함할 수 있다―LJJ 배열은 약 600㎛로부터 약 1000㎛의 길이의 범위를 가질 수 있음―. 언-션트 조셉슨 접합들의 병렬 어레이는 작은 인덕터들을 통해 단단히 결합되어 있으며, 롱-조셉슨-접합 제한 배열(LJJ 배열 14) 내의 수동적인 조셉슨 전파 라인(JTL)을 형성하고 있다. LJJ 14는 큐비트 15에 결합하는 SFQ 제어기 12에 협력하도록 유도성 루프에 병렬적으로 결합되어있다. LJJ는 DC 로부터의 광대역을 넘어 큐비트 18 의 필요한 전기적 차단을 SFQ 제어기 12 및 매칭된 부하 26 내에서의 소실 소스들로부터 여러번 큐비트 주파수로 제공한다.System 10 utilizes a long Josepshon junction (LJJ). LJJ may be a single wide Josephson junction (e.g., a 2 μm wide by 200-500 μm length) arrangement coupled between the input inductance and the output inductance, and a junction that is characterized by a junction technique And may have a distributed capacitance connected in parallel. Alternatively, LJJ may be a Josephson junction array that is a parallel array of un-shunted Josephson junctions (e.g., non-shunt resistors among the Josephson junctions connected in parallel) of the Long-Josephson junction limit arrangement Can be implemented. The Josephson junction array in the long junction limiting arrangement may include Josephson junctions (e.g., about 3 microns by about 3 microns) with series inductors for the LJJ array (e.g., about 30 microns long) The array may have a length ranging from about 600 [mu] m to about 1000 [mu] m. The parallel array of un-shunt Josephson junctions is tightly coupled through small inductors and forms a passive Josephson propagation line (JTL) within the Long-Josephson-junction limited array (LJJ array 14). LJJ 14 is coupled in parallel to the inductive loop to cooperate with the SFQ controller 12 coupling to the qubit 15. LJJ provides the required electrical isolation of the qubits 18 across the broadband from DC at multiple qubits of frequencies from the SFQ controller 12 and the dissipation sources within the matched load 26.

도 2에 도식된 조셉슨 접합 전파 라인(JTL)회로 내에서 이러한 LJJ 배열 40 의 예시가 도시된다. LJJ 배열 40은 언-션트 조셉슨 접합들(인덕턱스 LJ를 갖음)의 병렬 배열을 포함하고, 롱 JTL 또는 LJJ 배열에 형성된 커패시터들 C와 병렬적으로 연결되어 있다. 어레이 내에서 반복되는 셀들은 직렬 인덕터들 L 에 의해 상호 연결되어있다. LJJ 배열 40은 LJJ를 기술하는 사인-고든 수식(sine-Gordon equation)의 플럭슨 솔리톤 방법들로서 SFQ 펄스들의 전파를 허용한다. LJJ는 여러번 큐비트의 주파수 범위보다 높게 설정될 수 있는 차단 주파수(cutoff frequency)와 함께 작은-진동(small oscillation) 모드들을 위한 멀티-섹션 고역통과 필터로서, SFQ 제어기 12 와 연결되는 소실 소자로부터 큐비트를 효과적으로 차단하도록 행동한다.An example of such an LJJ arrangement 40 is shown in the Josephson junction propagation line (JTL) circuit diagrammed in FIG. LJJ array 40 includes a parallel arrangement of un-shunt Josephson junctions (with inductance L J ) and is connected in parallel with capacitors C formed in the long JTL or LJJ array. The cells that are repeated in the array are interconnected by the series inductors L. LJJ array 40 allows the propagation of SFQ pulses as the fluxine soliton methods of the sine-Gordon equation describing LJJ. LJJ is a multi-section high-pass filter for small oscillation modes with a cutoff frequency that can be set higher than the frequency range of the qubits several times, from a missing element connected to the SFQ controller 12 to a queue Act to block the bit effectively.

"롱 접합 제한" 은 조셉슨 접합의 JTL 인덕턴스(LJ=h/2eI0, 여기서 I0는 접합 임계 전류임)가 직렬 인덕턴스 L 보다 큰 케이스를 언급한다. 도 1에 도시된 "LJJ" 는 롱 접합 제한 어레이 배열 내에서 병렬적으로 연결된 JTL의 여러개의 스테이지들로 구성되어있다. LJJ 내의 SFQ는 여러 스테이지들로 퍼져나가고, 전형적으로 이 수는 LJ의 루트 값이고, LJJ는 최소한 JTL의 많은 스테이지들을 가질 것이다. 도 4에 도시된 회로에서,

Figure pct00001
은 대략적으로 4이고, 반면 LJJ의 길이는 26 JTL 스테이지들의 총합이다. "Long junction limit" refers to the case where the JTL inductance of the Josephson junction (L J = h / 2eI 0, where I 0 is the junction critical current) is greater than the series inductance L. "LJJ" shown in Fig. 1 consists of several stages of JTL connected in parallel within a long junction limited array arrangement. SFQ in LJJ is spreading in several stages, typically this number is the square root of L J, LJJ will have many stages of at least JTL. In the circuit shown in Fig. 4,
Figure pct00001
Is approximately 4, while the length of LJJ is the sum of 26 JTL stages.

다시 도 1을 살피면, 큐비트 18로의 인터페이스는 LJJ에 병렬적 연결되고, 인턱턴스 Lb 를 갖는 유도성 루프 16 에 연결됨으로써 형성될 수 있다―상기 유도성 루프 16는 LJJ의 제 1 LJJ 부분 20 의 중간 지점 24 및 LJJ 14의 제 2 LJJ 부분 22에 병렬적 연결됨―. 자속 양자의 절반의 DC 자속 바이어스(도 3에 도시됨)는 큐비트의 인덕터 L2에 상호 결합된 인턱터 L1을 갖는 유도성 루프 16로 외부에서 공급된다. DC 자속 양자는 유도성 루프 16 내에서 초기에 순환 전류인 쌍안정의 지속 전류를 설정하고, 유도성 루프에 의해 갇히는(enclosed) 총 자속이 0이되도록 외부에서 인가된 자속을 차단한다. 순환 전류 28는 큐비트에게 큐비트를 설정하기 위한 제어자속의 제 1값을 공급하는 상호 인덕턴스 M 로 인해 큐비트 내에서 마그네틱 자속을 유도한다.1 again, the interface to qubit 18 may be formed by being connected in parallel to LJJ and connected to an inductive loop 16 having an inductance L b , which is coupled to the first LJJ portion 20 of LJJ And the second LJJ portion 22 of the LJJ 14. < RTI ID = 0.0 > - < / RTI > Half of the DC flux vias (shown in FIG. 3) of both magnetic fluxes are supplied externally to the inductive loop 16 having an inductor Ll inter-coupled to the inductor L2 of the qubit. Both of the DC flux sets the bistable continuous current initially in the inductive loop 16 and blocks the externally applied flux so that the total flux enclosed by the inductive loop is zero. The circulating current 28 induces a magnetic flux in the qubit because of the mutual inductance M that feeds the qubit the first value of the control flux for setting the qubit.

LJJ를 따라 흐르는 양의(positive) 플럭손(fluxon) 32은 유도성 루프 16를 통과할 것이고, 유도성 루프 16에 의해 갇히는 총 자속은 전체 자속 양자에 의해 변할 것이고, 그로 인해, 유도성 루프 16 내의 지속 전류 30의 순환 방향은 반전될 것이고, 상호 인턱턴스 M 을 통해 큐비트 18와 연결되는 마그네틱 자속의 변화에도 영향을 미칠 것이다. 이것은 제어 자속의 제 2값과 함께, 예를 들어 제 2 응답 주파수에서의 큐비트를 설정하기 위해, 큐비트에 제공한다. 양의 플럭손 32 은 임의적인 반사들의 가능성을 완화시키기 위해 매칭된 부하 임피던스 26 내에서 종료한다. 대안적으로, 음의(negative) 플럭손은 제 2 단부로부터 LJJ의 제 1단부로 전송될 수 있고, 제 1단부로부터 LJJ 14 의 제 2단부로 흐르는 양의 플럭손 32과 같은 효과를 가질 수 있다.A positive fluxon 32 flowing along LJJ will pass through the inductive loop 16 and the total flux confined by the inductive loop 16 will vary by both the total flux and thereby the inductive loop 16 The circulating direction of the sustaining current 30 in the magnetic circuit 30 will be reversed and will also affect the change in the magnetic flux coupled to the qubit 18 through the mutual inductance M. [ This provides a qubit, together with a second value of the control magnetic flux, for example to set a qubit at the second response frequency. A positive flop hand 32 terminates within the matched load impedance 26 to mitigate the possibility of random reflections. Alternatively, a negative flop hand may be transmitted from the second end to the first end of the LJJ and may have the same effect as the positive hand 32 flowing from the first end to the second end of the LJJ 14 have.

도 3은 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템의 일 실시예의 부분의 회로도를 도시한다. 도 3은 큐비트 56와 LJJ 54 의 부분사이의 유도성 루프 52를 상세히 묘사한다. 큐비트는 상호 인덕턴스 M 을 통해 인덕턴스 Lb를 갖는 유도성 루프 52에 결합되어 있고―여기서, Lb >>LJJ 54의 L 임―, LJJ 어레이의 중간지점 55 에서 병렬적으로 결합되어있다. 유도성 루프 52는 인덕턴스 Lb 및 LJJ 54 로부터의 조셉슨 접합들 J1 및 J2 의 병렬 조합을 포함하고, 유도성 루프 52는 RF-SQID로 알려진 장치를 형성한다―RF-SQID는 자속 양자 절반의 DC 자속 바이어스, 인덕터 L3 및 L4를 통한 DC 자속 바이어스 라인 58으로부터의 Φ0/2에 의해 스레드(thread) 됨―. 이러한 사실에 기초하여, RF-SQID는 쌍-안정성이고, 루프 내의 총 자속은 또한 0(루프 내의 지속 전류들은 외부에서 인가되는 자속 바이어스를 차단함), 또는, 하나의 자속 양자(루프 내의 지속 전류들은 외부에서 인가되는 자속 바이어스를 더함)이다. RF-SQID는 2π에 의한 접합들 J1 및 J2의 위상이 진전됨으로써 일 상태(0 자속)로부터 다른 상태(하나의 자속 양자)로 전환될 수 있다―이러한 위상의 진전은 접합들 J1 및 J2 모두를 통해 도 3의 LJJ 54를 통한 왼쪽으로부터 오른쪽으로의 단일 플럭손의 이동에 의해 성취됨―.Figure 3 shows a circuit diagram of a portion of an embodiment of a system for applying magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit. FIG. 3 details the inductive loop 52 between the qubit 56 and the portion of the LJJ 54. FIG. The cuboid is coupled in parallel to the inductive loop 52 with inductance L b through mutual inductance M, where L b LJJ 54, at midpoint 55 of the LJJ array. The inductive loop 52 comprises a parallel combination of the Josephson junctions J 1 and J 2 from the inductances L b and LJJ 54, and the inductive loop 52 forms a device known as the RF-SQID. The RF- a DC bias magnetic flux, inductor thread (thread) by Φ 0/2 from the DC bias magnetic flux lines 58 through the L3 and L4 search. Based on this fact, the RF-SQID is bi-stable and the total flux in the loop is also zero (the persistent currents in the loop block the externally applied flux bias), or one flux Lt; RTI ID = 0.0 > externally applied flux bias. RF-SQID the phase progress of the joining of J 1 and J 2 by 2π thereby can be converted to the other state (single flux quantum) from one state (zero magnetic flux) of the progress of such a phase is bonded J 1, and J 2 all through the LJJ 54 of Figure 3 from left to right.

유도성 루프 52 에 의하여 갇힌 총 자속은 LJJ 54를 통한 오른쪽으로부터 왼쪽으로의 단일 플럭손의 이동, 또는 대안적으로 LJJ 어레이 54를 통한 왼쪽으로부터 오른쪽으로의 안티-플럭손(anti-fluxon)의 이동에 의해 0으로 리셋될 수 있다. 도 3에 도시된 예시를 살피면, 쌍-안정의 지속 전류는 처음에 시계방향의 전류 62이고, LJJ 어레이 54를 통해 왼쪽으로부터 오른쪽으로 이동하는 안티-플럭손 60은 시계방향인 지속 전류를 반시계방향 전류 64 로 반전시킨다. 연결된 루프 52 내의 쌍-안정성의 지속 전류 I p 는 결과적으로 큐비트 56 내의 크기가 ±MI p . 인 자속을 유도한다. 따라서, 큐비트에 인가되는 자속 스윙은 Fq=2MI p 이고, LJJ 어레이 54 에서 전파되는 플럭손의 속도에 의하여 결정되는 상승시간을 가지고, 사인-고든 솔리톤의 일반적인 펄스 형상을 갖는다.The total flux trapped by the inductive loop 52 is determined by the movement of a single hand of the hand from left to right via LJJ 54, or alternatively from left to right, anti-fluxon movement through the LJJ array 54 Lt; RTI ID = 0.0 > 0 < / RTI > 3, the bi-stable sustained current is initially a clockwise current 62, and the anti-flop hand 60, moving from left to right through the LJJ array 54, Directional current 64 is inverted. The persistent current I p of the paired-stability in the connected loop 52 results in a magnitude within the qubit 56 of ± M I p . Inducing magnetic flux. Thus, the magnetic flux swing applied to the qubit is F q = 2MI p , with a rise time determined by the velocity of the flux hand propagating in the LJJ array 54, and has a typical pulse shape of sine-gordon soliton.

이상적으로, 플럭손의 전파 속도는 임의적으로 작게 만들어질 수 있고, 큐비트에서 자속 펄스의 상승시간을 제안하는 것은 임의적으로 길게 만들어질 수 있다. 그러나, 느린 플럭손들은 플럭손 속도들의 가능한 범위 내의 사용되는 실현가능한 제한들을 놓는 LJJ 어레이 내의 불균등성에 의하여 흔히 분산(scattering) 및 트래핑(trapping)에 영향을 받기 쉽다. 1㎱ 정도의 상승-시간들은 전류 기술에서 현실적으로 고려될 수 있는 범위 내이다.Ideally, the propagation speed of the flux hand may be made arbitrarily small, and suggesting the rise time of the magnetic flux pulse in the qubits may be made arbitrarily long. However, slow flop hands are often susceptible to scattering and trapping due to the unevenness in the LJJ array which places the practical limitations that are used within the possible range of the flux hand velocities. The rise-times of about one degree are within a realistic range of current technology.

도 4는 최적화되어 시뮬레이션 된 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템 70 을 보여준다. 성분 값들은 특정한 제조 공정에서 주어지게 되며, 성분 값들은 어플리케이션 및 프로세스 요구사항들에서 기초한 임의로 정해진 구현에 따라 달라질 수 있다. 큐비트는 26 접합 어레이 70의 중간 지점에서 결합되고, 어레이 70의 각각의 셀은 그림에서 10㎂(첫번째 및 마지막 셀들은 경계 효과(boundary effect)를 보상하기 위해 높은 임계전류들을 갖을 수 있음)의 임계 전류, 및 0.5㎊ 커패시터에 의해 션트된 각각의 접합과 함께 2개의 조셉슨 접합들을 갖는 정사각형으로 묘사되었다. 접합들 각각에 결합된 커패시터들의 목적은 이중적이다 : 1) 플럭슨들의 전파 속도를 줄이는 것, 2) 열의 잡음에 적게 영향 받도록 플럭손들의 유효질량을 증가시키는 것이다. 셀들의 각각은 추가적으로 도 2에 도시된 그 다음의 일 접합에 연결된 L=1.83pH인 두 개의 인덕터들을 포함한다.Fig. 4 shows a system 70 for applying magnetic flux to an optimized and simulated quantum-coherent superconducting circuit. The component values are given in a particular manufacturing process, and the component values may vary depending on the randomly-defined implementation based on application and process requirements. The cubes are coupled at a midpoint of the 26 junction array 70, and each cell of the array 70 has a threshold of 10 μA (the first and last cells may have high threshold currents to compensate for the boundary effect) Current, and a square with two Josephson junctions with each junction shunted by a 0.5Ω capacitor. The purpose of the capacitors coupled to each of the junctions is dual: 1) to reduce the propagation velocity of the fluxes, and 2) to increase the effective mass of the flux hands to be less affected by the noise of the heat. Each of the cells further includes two inductors L = 1.83 pH connected to the next one junction shown in Fig.

LJJ의 균일성을 향상시키고, 셀의 플럭손들의 분산을 피하기 위하여 그것은 큐비트에 연결되고, 어레이 70 내의 모든 다른 셀 78 (도 4에서 실선의 정사각형으로 도시됨)은 병렬로 어레이 70에 연결되고, Φ0/2 의 외부 자속이 갇혀진 Lb=350 pH의 인덕터(그러나, 상기 인덕터는 큐비트에 결합되지 않음)를 가지고 있다. 어레이 70 의 다른 셀들 80 (점선의 정사각형)은 플럭스 바이어스되지 않고, 그들에 연결되는 추가적인 인덕터를 가지지 않는다. 어레이 70 는 추가적으로 매칭된 부하 터미네이션 76 및 SFQ 펄스 제너레이터 72와 어레이 70 사이의 소스 터미네이션 74에서 종결된다. 소스 터미네이션 74 대신에 SFQ 제너레이터 72의 일 부분으로서 포함될 수 있다. 추가적으로, 부하 터미네이션은 추가적인 회로망의 일 부분으로 인식될 수도 있고, 예를 들어, 수신기는 LJJ의 상태를 모니터할 수 있거나, 추가적인 디지털 공정을 위한 긴급 플럭손을 이용할 수 있다. 소스 및 부하 터미네이션들의 값은 플럭손 속도에 의하여 결정되고, 대략적으로 R=Lv를 통하며, 여기서 v는 속도이고 L은 단위 길이당 어레이 내의 직렬 인덕턴스이다. LJJ는 0.5 ㎱의 폭의 SFQ 제어기 72 로부터 큰 감쇠의 SFQ 펄스들 및 음이나 양의 극성을 공급받는다.To improve the uniformity of LJJ and to avoid scattering of the cell's hand, it is connected to the qubits and all other cells 78 (shown by solid lines in FIG. 4) in the array 70 are connected in parallel to the array 70 , L = b inductor 350 pH Jin external magnetic flux is trapped in the Φ 0/2 has (but, the inductor is not coupled to a qubit). The other cells 80 (dotted squares) of the array 70 are not flux biased and have no additional inductors connected to them. The array 70 is further terminated at the matched load termination 76 and at the source termination 74 between the SFQ pulse generator 72 and the array 70. May be included as part of the SFQ generator 72 instead of the source termination 74. Additionally, the load termination may be perceived as part of an additional network, for example, the receiver may monitor the state of the LJJ, or may use emergency handoffs for additional digital processing. The values of the source and load terminations are determined by the flux hand speed and roughly through R = Lv, where v is the speed and L is the series inductance in the array per unit length. LJJ is fed SFQ pulses of high attenuation and positive or positive polarity from SFQ controller 72 with a width of 0.5..

도 5는 도 4에 도시된 회로의 SPICE 시뮬레이션의 결과를 보여준다. 패널 (a)는 어레이를 통하여 이동하는 솔리톤 파형을 보여준다. 패널 (b)는 큐비트로 잘 제어된 자속 시그널을 0.5㎱의 상승시간으로 인가하는 중인 장치의 작동을 증명하는 것이다. 다른 시뮬레이션에서, 큐비트의 성질 계수(quality factor) 상의 소스 및 부하 터미네이팅 레지스터들의 효과들은 조사된 것이다. 루프에 결합된 큐비트의 주어진 상호 인턱턴스 M 에 있어서, 큐비트에 의해 보여지는 실효 어드미턴스(effective admittance)의 실제 부분은 계산된 것이고, 이것으로부터 큐비트 완화 시간(relaxation time) T1 및 위상이완 시간(dephasing time) TΦ는 계산된 것이다. M=45pH(10%에 접근하는 결합효율)인 시뮬레이션들은 완화 및 위상이완 시간들은 각각이 10㎲ 및 500㎲를 초과하고, 터미네이팅 레지스터들로부터의 효율적인 광대역 차단이 증명된다.Fig. 5 shows the results of the SPICE simulation of the circuit shown in Fig. Panel (a) shows the soliton waveform moving through the array. Panel (b) demonstrates the operation of a device that is applying a well controlled flux signal with a qubit to a rise time of 0.5 ns. In other simulations, the effects of the source and load termination registers on the quality factor of the qubit are investigated. For a given mutual inductance M of the qubits coupled to the loop, the real part of the effective admittance seen by the qubits is computed, from which the qubit beat relaxation time T 1 and phase relaxation The dephasing time T Φ is calculated. Simulations with M = 45 pH (coupling efficiency approaching 10%) demonstrate that the relaxation and phase relaxation times exceed 10 μs and 500 μs, respectively, and efficient broadband blocking from the terminating resistors.

LJJ의 접합들의 수가 증가됨으로써, 보다 많은 차단을 얻는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 큐비트로부터 LJJ로의 파라스틱 커패시티브 커플링(parasitic capacitive coupling)은 실제로는 차단이 제한될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 큐비트가 결합된 셀의 양 옆의 13 접합들은 접합 카운트를 증가시키는 수확 체감(diminishing returns)과 함께 충분한 차단을 제공한다. 게다가, 도 4의 설계는 공정 프로세스의 임계 전류 밀도의 세계적 변동에 대하여 강한 것으로 측정되었고, 장치를 통과하는 접합 임계 전류의 불균일성에 대하여 ±20%의 작동 마진을 갖는다. By increasing the number of junctions of LJJ, it may be possible to obtain more blocking. However, parasitic capacitive coupling from a qubit to an LJJ may in practice be limited in blocking. For example, the 13 junctions on both sides of the cell with the combined qubit of FIG. 4 provide sufficient blocking with diminishing returns to increase the junction count. In addition, the design of FIG. 4 was measured to be strong against the global variation of the critical current density of the process process and has an operating margin of +/- 20% with respect to nonuniformity of the junction critical current through the device.

도 6은 큐비트 126 를 제어하는 N-bit DAC 100 내의 본 발명의 적용의 예시적인 실시예를 나타낸다. DAC 100 각각은 LJJ 124 를 통해 비트의 수가 n인 경우에서, 최상위비트에서의 k의 최대값으로부터 최하위비트를 위한 n/2 n 의 값으로 변화하는 각 LJJ 124 의 결합 효율로서, 큐비트 126에 결합되어 있다. DAC 쉬프트 레지스터 120는 순차적으로 '데이터 입력' 포트를 통해 저속도로 공급받을 수 있고, 각각긔 DAC 업데이트 코드에서 병렬적 큐비트에 빠른 속도로 인가되는 데이터는 '업데이트' 포트에서 SFQ 펄스에 의해 트리거된다. 업데이트 되는 펄스들은, 예를 들어, 프로그램 카운터 타임-아웃 컨디션에 응답하거나, 또는, 양자 프로세서내의 다른 큐비트의 측정 결과에 조건적으로 기초하여 발생한 인터럽트(interrupt)에 응답하여 발생될 수 있다. DAC 쉬프트 레지스터 120는 파괴성 판독(destructive-readout) 타입, 또는 비-파괴성 판독타입이거나, 또는 자체적인 주소를 가진 프로그램 메모리 레지스터들로 구현될 수 있다. LJJ들은 도 6에 도시한 바와 같이, 각각의 DAC 비트를 큐비트 126 에 직접적으로 결합, 또는 임의의 직접적 상호 결합과 하나 또는 그 이상의 자속 변환기들을 통한 결합의 조합을 통해 결합됨을 인식할 수 있다.6 shows an exemplary embodiment of an application of the present invention in an N-bit DAC 100 that controls a qubit 126. [ Each of the DACs 100, through the LJJ 124, has a number of bits n, from the maximum value of k in the most significant bit to n / 2 n Lt; RTI ID = 0.0 > LJJ 124 < / RTI > The DAC shift register 120 can be supplied at a low rate through the 'data input' port sequentially, and data that is rapidly applied to the parallel qubits in each DAC update code is triggered by the SFQ pulse at the 'update' port . The pulses that are updated can be generated, for example, in response to a program counter time-out condition, or in response to an interrupt that occurs conditionally on the measurement result of another qubit in the quantum processor. The DAC shift register 120 may be implemented as a destructive-readout type, or a non-destructive read type, or as program memory registers with its own address. The LJJs may recognize that each DAC bit is coupled directly to the qubit 126, or through a combination of any direct mutual coupling and coupling through one or more magnetic flux transducers, as shown in FIG.

도 7은 양자-가변 결합기 146 를 작동시키는 본 발명의 예시적인 적용을 나타낸다. 큐비트 QA 및 QB 는 모두 RF-SQUID에 결합되고, 그로 인한 양 큐비트 간의 효율적인 상호 결합은 RF-SQUID에 인가되는 자속의 기능이다. 데이터는 SFQ 드라이버 144에 의해 LJJ들 144 을 거쳐 자속 가변 결합기 146 에 제공된다. 본 적용에 있어서, 소실로부터의 회로의 차단은 직접적인 큐비트 제어에 있어서 중요하나, 제어 자속의 상승 시간에 있어서의 요구는 덜 엄격하다.FIG. 7 illustrates an exemplary application of the present invention for operating a quantum-variable coupler 146. FIG. The qubits Q A and Q B are both coupled to the RF-SQUID, and the resulting mutual coupling between the two qubits is a function of the magnetic flux applied to the RF-SQUID. Data is provided to the flux variable combiner 146 via the LJJs 144 by the SFQ driver 144. For this application, the interruption of the circuit from the dissipation is important for direct qubit control, but the requirement in the rise time of the control flux is less stringent.

전술한 구조이고 기능적인 특징들의 관점에서 살피면, 예시적인 방법론은 도 8을 참조하여 이해될 것이다. 반면, 설명의 단순화를 위하여, 도 8의 방법론은 연속적으로 실행하는 것을 기술하고 보여주나, 이건은 본 발명의 이해를 위함이고 도시된 순서에 제한되지 않으며, 몇몇 방법은 여기에 도시되고 보여지는 순서로부터 다른 순서들 및/또는 동시에 다른 예시들이 될 수 있다. In view of the above described structure and functional features, an exemplary methodology will be understood with reference to Fig. On the other hand, for simplicity of description, the methodology of FIG. 8 describes and illustrates continuous execution, but this is for the understanding of the present invention and is not limited to the order shown, And / or other examples at the same time.

도 8은 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 방법의 순서도를 도시한다. 본 방법은 유도성 루프를 제공하는 단계인 202 단계에서부터 시작하며, 유도성 루프는 롱-조셉슨 접합(LJJ) 또는 롱-조셉슨-접합 제한 배열 내의 중간지점에서 조젭슨 접합 어레이에 결합되고, 양자-코히어런트 초전도 회로에 유도적으로 결합된다. 계속해서 204 단계의 방법론에 따르면, DC 자속 바이어스는 초기에 제 1방향(예를 들어, 반시계 방향)에 있는 유도성 루프 내의 쌍-안정의 지속적 전류를 설정하는 자속 양자의 절반을 설정하기 위해 유도성 루프에 인가되고, 그로 인해, 제어 자속의 제 1값이 양자-코히어런트 회로에 인가된다. 206 단계에서, 제어 자속의 제 1값이 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 유도성 루프에 자속 양자를 인가하는 동안에, 또한, LJJ의 제 2단부에서의 매칭된 부하로 전파하도록 양의 SFQ 펄스가 LJJ의 제 1 단부에 인가된다. 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되는 제어 자속의 제 2값은 양의 SFQ의 흐름에 의해 유도되는 유도성 루프 내의 쌍-안정의 지속적 전류의 순환의 방향의 전환(예를 들어, 시계 방향) 때문이다. 계속에서 208단계의 방법론을 살펴본다.8 shows a flowchart of a method for applying a magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit. The method begins with providing an inductive loop, step 202, wherein the inductive loop is coupled to the Joenson junction array at an intermediate point in a Long-Josephson junction (LJJ) or Long-Josephson junction limiter array, And is inductively coupled to a coherent superconducting circuit. Subsequently, according to the methodology of step 204, the DC magnetic flux bias is used to set the half of both fluxes that initially set the bi-stable continuous current in the inductive loop in the first direction (e.g., counterclockwise) Is applied to the inductive loop, whereby a first value of the control magnetic flux is applied to the quantum-coherent circuit. In step 206, while applying both fluxes to the inductive loop such that the first value of the control flux is applied to the quantum-coherent superconducting circuit, it is also possible to apply a positive SFQ to propagate to the matched load at the second end of the LJJ A pulse is applied to the first end of the LJJ. The second value of the control magnetic flux applied to the quantum-coherent superconducting circuit is the change in the direction of the circulation of the bi-stable continuous current in the inductive loop induced by the flow of positive SFQ (e. G., Clockwise) Because. Continue to look at the methodology of step 208.

208단계에서는, 리셋된(reset) SFQ 펄스가 LJJ로 제공되며, 리셋된 SFQ 펄스는 초기의 제 1값으로의 제어 자속의 리셋이 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 유도성 루프로부터 자속 양자를 제거하며, 이는 제 1방향(예를 들어, 반시계 방향)으로 재변경되는 유도성 루프 내의 쌍-안정의 지속 전류에 기인한다. 리셋된 SFQ 펄스는 음의 SFQ 펄스를 LJJ 어레이의 제 2단부에서의 매칭된 로드에 전파하도록, 음의 SFQ 펄스를 LJJ 어레이의 제 1단부로 인가할 수 있거나, 또는 LJJ 어레이의 제 1단부로 전파하도록 양의 SPQ 펄스를 LJJ의 제 2단부로 인가할 수 있다.In step 208, a reset SFQ pulse is provided to the LJJ, and the reset SFQ pulse is applied to the quantum-coherent superconducting circuit so that a reset of the control magnetic flux to the initial first value is applied to the quantum- Which is due to the bistable continuous current in the inductive loop that is re-shifted in a first direction (e.g., counterclockwise). The reset SFQ pulse may apply a negative SFQ pulse to the first end of the LJJ array to propagate a negative SFQ pulse to the matched load at the second end of the LJJ array or to a first end of the LJJ array A positive SPQ pulse may be applied to the second end of the LJJ to propagate.

앞서 상술한 예시들은 본 발명의 실시예들이다. 그것은, 물론, 본 발명을 설명하기 위한 모든 가능한 구성들의 조합 또는 목적들을 위한 방법론에 대하여 기술할 수 없으나, 본 발명의 당업자는 본 발명의 많은 추가적 조합들 및 치환들이 가능함을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구의 범위들을 비롯하여, 본 출원의 범위 내에 있는 모든 대안, 변형 및 변화들을 포함하도록 의도된다.
The foregoing examples are embodiments of the present invention. It is, of course, not possible to describe a methodology for all possible combinations or purposes of describing the invention, but one of ordinary skill in the art would recognize that many further combinations and permutations of the invention are possible. Accordingly, the present invention is intended to embrace all such alternatives, modifications and variations that fall within the scope of the present application, including the appended claims.

Claims (20)

양자-코히어런트 초전도 회로에 자속(flux)을 인가하기 위한 시스템에 있어서, 상기 시스템은:
롱-조셉슨 접합(long-Josephson junction, LJJ);
상기 LJJ에 결합되고, 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 유도적으로 결합되는 유도성 루프; 및
제어 자속의 제 1 값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 상기 유도성 루프에 자속 양자를 인가하는 동안에, 또한, 양의(positive) 단일 자속 양자(single flux quantum, SFQ) 펄스가 상기 LJJ의 제 2 단부로 전파하도록 상기 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부에 인가하도록 구성되는 SFQ 제어기를 포함하는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
A system for applying a flux to a quantum-coherent superconducting circuit, the system comprising:
Long-Josephson junction (LJJ);
An inductive loop coupled to said LJJ and inductively coupled to said quantum-coherent superconducting circuit; And
A positive single flux quantum (SFQ) pulse is also applied to the inductive loop during application of both flux to the inductive loop such that a first value of the control flux is applied to the quantum-coherent superconducting circuit. And an SFQ controller configured to apply the SFQ pulse to the first end of the LJJ to propagate to a second end of the LJJ.
제 1항에 있어서,
상기 SFQ펄스를 상기 LJJ의 제 1단부에 인가하는 것은, 양의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1단부로 인가하는 것을 포함하고, 상기 SFQ제어기는 추가적으로, 상기 양의 SFQ 펄스를 상기 제 1단부에 인가한 후에, 또한 제어 자속의 제 2 값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 상기 유도성 루프로부터 자속 양자를 제거하는 동안에, 음의 SFQ 펄스가 상기 LJJ의 제2 단부에서의 매칭된 부하(matched load)에 전파하도록 상기 음의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부에 인가하도록 구성되는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein applying the SFQ pulse to the first end of the LJJ comprises applying a positive SFQ pulse to the first end of the LJJ and wherein the SFQ controller further comprises applying the positive SFQ pulse to the first end And after removing both of the flux from the inductive loop so that a second value of the control magnetic flux is applied to the quantum coherent superconducting circuit, a negative SFQ pulse is applied to the matched And apply the negative SFQ pulse to the first end of the LJJ to propagate to a matched load. ≪ Desc / Clms Page number 22 >
제 1항에 있어서,
상기 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부에 인가하는 것은 양의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부에 인가하는 것을 포함하고, 양의 SFQ 펄스를 상기 제 1 단부에 인가한 이후에, 양의 SFQ 펄스가 상기 LJJ의 제 1 단부로 전파하도록 상기 양의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 2 단부에 추가적으로 인가하는 것은, 제어 자속의 제 2 값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 상기 유도성 루프로부터 자속 양자를 제거하는,
양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
The method according to claim 1,
Applying the SFQ pulse to the first end of the LJJ comprises applying a positive SFQ pulse to the first end of the LJJ and after applying a positive SFQ pulse to the first end, The further application of the positive SFQ pulse to the second end of the LJJ to cause the pulse to propagate to the first end of the LJJ is accomplished by applying a second value of the control magnetic flux to the quantum- Removing both flux from the loop,
A system for applying magnetic flux to a quantum - coherent superconducting circuit.
제 1항에 있어서,
상기 유도성 루프는 상기 LJJ의 중간-지점(mid-point)에 결합되는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the inductive loop is coupled to a mid-point of the LJJ. ≪ Desc / Clms Page number 13 >
제 1항에 있어서,
상기 유도성 루프는, 초기에 제 1 방향에 있는 상기 유도성 루프 내의 쌍-안정의(bi-stable) 지속적 전류를 설정(establish)하는 자속 양자의 절반을 설정하기 위해 DC 자속 바이어스되는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the inductive loop is DC flux biased to initially set half of both fluxes establishing a bi-stable continuous current in the inductive loop in a first direction, A system for applying magnetic flux to a coherent superconducting circuit.
제 5항에 있어서,
양의 SFQ 펄스와 함께 자속 양자를 상기 유도성 루프에 인가하는 것은, 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되는 제어 자속의 제 1 값을 발생시키면서 상기 제 1 방향과 반대되는 상기 유도성 류프 내의 제 2 방향으로 변경되는 상기 유도성 루프 내의 상기 쌍-안정의 지속적 전류의 변경에 기인하는,
양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
6. The method of claim 5,
Applying both fluxes together with a positive SFQ pulse to the inductive loop produces a first value of the control flux applied to the quantum coherent superconducting circuit, Stable continuous current in the inductive loop changing in a second direction,
A system for applying magnetic flux to a quantum - coherent superconducting circuit.
제 6항에 있어서,
상기 양의 SFQ를 상기 제 1 단부에 인가한 이후에 음의 SFQ 펄스가 상기 LJJ 어레이의 제 2 단부에서의 매칭된 부하로 전파하도록 상기 음의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부로 인가하는 것, 또는, 상기 양의 SFQ를 제 1 단부에 인가한 이후에 또한 상기 유도성 루프로부터 자속 양자를 제거하는 동안에 상기 제 2 단부로 전파하는 양의 SFQ 펄스를 상기 LJJ 어레이의 제 2 단부에 인가하는 것은, 제어 자속의 제 2 값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되게 하면서 상기 제 1 방향으로 재변경되는 상기 유도성 루프 내의 상기 쌍-안정의 지속적 전류의 변경에 기인하는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
The method according to claim 6,
Applying the negative SFQ pulse to the first end of the LJJ so that a negative SFQ pulse propagates to the matched load at the second end of the LJJ array after applying the positive SFQ to the first end , Or applying a positive SFQ pulse to the second end of the LJJ array after applying the positive SFQ to the first end and also propagating to the second end during removal of both flux from the inductive loop Which is caused by a change in the persistent current of the bi-stable in the inductive loop that is re-modified in the first direction while a second value of the control magnetic flux is applied to the quantum-coherent superconducting circuit, A system for applying magnetic flux to a superconducting circuit.
제 1항에 있어서,
상기 양자 코히어런트 초전도 회로는 큐비트(qubit)인, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the quantum coherent superconducting circuit is qubit. ≪ Desc / Clms Page number 15 >
제 1항의 N개의 시스템들을 포함하는 N-비트 디지털-대-아날로그 컨버터로서,
상기N-비트 디지털-대-아날로그 컨버터는 쉬프트 레지스터와 큐비트 사이에 결합되고, 각각이 상기 N-비트 디지털-대-아날로그 컨버터의 연관 비트의 중요도(significance)와 연관되는 상기 큐비트에 대해 상이한 N 개의 시스템들의 각각은 상이한 결합 효율들을 갖는 N-비트 디지털-대-아날로그 컨버터.
An N-bit digital-to-analog converter comprising N systems of claim 1,
Wherein the N-bit digital-to-analog converter is coupled between a shift register and a qubit, each of the N-bit digital-to-analog converters being different for the qubits associated with the significance of the associated bits of the N- N-bit digital-to-analog converters each having different coupling efficiencies.
제 1항에 있어서,
상기 LJJ는 롱-조셉슨-접합 제한 배열(arrangement) 및 단일(single) 폭(wide) 조셉슨 접합 배열(arrangement) 중 조셉슨 접합 어레이의 하나로서 구현되는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
The method according to claim 1,
The LJJ may be used to apply a magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit implemented as one of the Josephson junction arrays in a Long-Josephson-junction constrained arrangement and a single wide Josephson junction arrangement For the system.
제 1항의 시스템을 포함하는 자속-가변 결합기를 작동시키기 위한 시스템에 있어서,
상기 자속-가변 결합기를 작동시키기 위한 시스템은 제 1 큐비트 및 제 2큐비트와 결합된 자속-가변 결합기와 결합되는, 자속-가변 결합기를 작동시키기 위한 시스템.

A system for operating a flux-variable coupler comprising the system of claim 1,
Wherein the system for operating the flux-variable coupler is coupled with a flux-variable coupler coupled with a first qubit and a second qubit.

양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템에 있어서, 상기 시스템은:
롱-조셉슨-접합 제한(limit) 배열(arrangement) 중에서 조셉슨 접합 어레이로서 구현되는 롱- 조셉슨 접합(long-Josephson junction, LJJ);
상기 LJJ의 중간지점에서 상기 LJJ에 결합되고, 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 유도적으로 결합되는 유도성 루프;
초기에 제 1 방향에 있는 상기 유도성 루프 내의 쌍-안정의(bi-stable) 지속적 전류를 설정(establish)하는 자속 양자의 절반을 설정하기 위한 DC 자속 바이어스를 제공하기 위해 상기 유도성 루프에 유도적으로 결합되는 DC소스(DC source); 및
제어 자속의 제 1 값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 상기 유도성 루프에 자속 양자를 인가하는 동안에, 또한, 양의(positive) 단일 자속 양자(single flux quantum, SFQ) 펄스가 상기 LJJ의 제 2 단부에서의 매칭된 부하로 전파하도록 상기 양의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부에 인가하도록 구성되는 SFQ 제어기를 포함하는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
A system for applying magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit, the system comprising:
A long-Josephson junction (LJJ) implemented as a Josephson junction array among long-Josephson-junction limit arrangements;
An inductive loop coupled to the LJJ at an intermediate point of the LJJ and inductively coupled to the quantum-coherent superconducting circuit;
Inducing loop in order to provide a DC magnetic flux bias to initially set both half of the magnetic flux establishing a bi-stable continuous current in the inductive loop in the first direction A DC source coupled inductively; And
A positive single flux quantum (SFQ) pulse is also applied to the inductive loop during application of both flux to the inductive loop such that a first value of the control flux is applied to the quantum-coherent superconducting circuit. And a SFQ controller configured to apply the positive SFQ pulse to the first end of the LJJ to propagate to a matched load at a second end of the LJJ, wherein the SFQ controller is configured to apply a magnetic flux to a quantum- .
제 12항에 있어서,
상기 SFQ제어기는 상기 양의 SFQ 펄스를 상기 제 1단부에 인가한 후에, 제어 자속의 제 2 값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 상기 유도성 루프로부터 자속 양자를 제거하는 동안에, 또한, 음의 SFQ 펄스가 상기 LJJ의 제2 단부에서의 매칭된 부하(matched load)에 전파하도록 상기 음의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부에 인가하도록 구성되는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
13. The method of claim 12,
The SFQ controller is configured to apply the positive SFQ pulse to the first end, while removing both flux from the inductive loop such that a second value of the control magnetic flux is applied to the quantum-coherent superconducting circuit, And to apply the negative SFQ pulse to the first end of the LJJ so that a negative SFQ pulse propagates to a matched load at the second end of the LJJ. A system for applying magnetic flux.
제 12항에 있어서,
제어 자속의 제 1값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 상기 양의 SFQ 펄스와 함께 자속 양자를 상기 유도성 루프에 인가하는 것은, 상기 유도성 루프 내의 제 2 방향으로 변경되는 상기 유도성 루프 내의 쌍-안정의 지속적 전류의 변경에 기인하는,
양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
13. The method of claim 12,
Applying both the magnetic flux with the positive SFQ pulse to the inductive loop such that a first value of the control magnetic flux is applied to the quantum coherent superconducting circuit, Due to the change in the steady-state current of the bi-stable in the sex loop,
A system for applying magnetic flux to a quantum - coherent superconducting circuit.
제 14항에 있어서,
상기 양의 SFQ 펄스를 제 1 단부에 인가한 후에, 상기 SFQ 펄스가 상기 LJJ의 제 2 단부에서의 매칭된 부하에 전파하도록, 상기 음의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부에 인가하는 것은 또한, 상기 제 1 방향으로 재변경되는 상기 유도성 루프 내의 상기 쌍-안정의 지속적 전류의 변경에 기인하여 제어 자속의 제 2 값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 상기 유도성 루프로부터 자속 양자를 제거하는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 시스템.
15. The method of claim 14,
Applying the negative SFQ pulse to the first end of the LJJ such that after applying the positive SFQ pulse to the first end, the SFQ pulse propagates to the matched load at the second end of the LJJ, Coherent superconducting circuit such that a second value of the control magnetic flux is applied to the quantum-coherent superconducting circuit due to a change in the persistent current of the bi-stable in the inductive loop being re- And removes both of them. A system for applying a magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit.
양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
LJJ의 중간지점에서의 롱-조셉슨 접합(LJJ)에 결합되고, 상기 양자-코히런트 초전도 회로에 유도적으로 결합되는 유도성 루프를 제공하는 단계;
초기에 제 1 방향에 있는 상기 유도성 루프 내의 쌍-안정의(bi-stable) 지속적 전류를 설정(establish)하는 자속 양자의 절반을 설정하기 위해 DC 자속 바이어스를 상기 유도성 루프로 인가하는 단계;및
제어 자속의 제 1 값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 상기 유도성 루프에 자속 양자를 인가하는 동안에, 또한, 양의(positive) 단일 자속 양자(single flux quantum, SFQ) 펄스가 상기 LJJ의 제 2 단부에서의 매칭된 부하로 전파하도록 상기 양의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부에 인가하는 단계를 포함하는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 방법.
A method for applying a magnetic flux to a quantum-coherent superconducting circuit, the method comprising:
Providing an inductive loop coupled to the Long-Josephson junction (LJJ) at an intermediate point of the LJJ and inductively coupled to the quantum-coherent superconducting circuit;
Applying a DC magnetic flux bias to the inductive loop to initially set a half of both flux establishing a bi-stable continuous current in the inductive loop in a first direction; And
A positive single flux quantum (SFQ) pulse is also applied to the inductive loop during application of both flux to the inductive loop such that a first value of the control flux is applied to the quantum-coherent superconducting circuit. Applying the positive SFQ pulse to the first end of the LJJ to propagate to the matched load at the second end of the LJJ. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
제 16항에 있어서,
상기 양의 SFQ 펄스를 상기 제 1단부에 인가한 후에, 제어 자속의 제 2 값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 상기 유도성 루프로부터 자속 양자를 제거하는 동안에, 또한, 음의 SFQ 펄스가 상기 LJJ의 제2 단부에서의 매칭된 부하(matched load)에 전파하도록 상기 음의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부에 인가하는 단계를 더 포함하는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 방법.
17. The method of claim 16,
While removing both magnetic flux from the inductive loop such that a second value of the control magnetic flux is applied to the quantum coherent superconducting circuit after applying the positive SFQ pulse to the first end, Applying a negative SFQ pulse to the first end of the LJJ such that a pulse propagates to a matched load at a second end of the LJJ, / RTI >
제 17항에 있어서,
상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되는 제어 자속의 제 1 값을 발생시키도록 양의 SFQ 펄스와 함께 자속 양자를 상기 유도성 루프에 인가하는 단계는, 상기 제 1 방향과 반대되는 제 2 방향으로 변경되는 상기 유도성 루프 내의 상기 쌍-안정의 지속적 전류의 변경에 기인하는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 방법.
18. The method of claim 17,
Wherein applying the flux with both a positive SFQ pulse to the inductive loop to generate a first value of the control magnetic flux applied to the quantum coherent superconducting circuit comprises applying a magnetic field to the inductive loop in a second direction opposite to the first direction Coherent superconducting circuit in the inductive loop, wherein the current in the inductive loop is changed to a constant current in the inductive loop.
제 18항에 있어서,
상기 양의 SFQ 펄스를 상기 제 1 단부에 인가한 이후, 음의 SFQ 펄스가 상기 LJJ 제 2 단부에서의 매칭된 부하로 전파하도록 상기 음의 SFQ 펄스를 상기 LJJ의 제 1 단부로 인가하는 단계는, 또한, 상기 제 1 방향으로 재변경되는 상기 유도성 루프 내의 상기 쌍-안정의 지속적 전류의 변경에 기인하여 제어 자속의 제 2 값이 상기 양자-코히어런트 초전도 회로에 인가되도록 상기 유도성 루프로부터 자속 양자를 제거하는,양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 방법.
19. The method of claim 18,
Applying the negative SFQ pulse to the first end of the LJJ such that a negative SFQ pulse propagates to the matched load at the second end of the LJJ after applying the positive SFQ pulse to the first end Coherent superconducting circuit such that a second value of the control magnetic flux is applied to the quantum-coherent superconducting circuit due to a change in the persistent current of the bi-stable in the inductive loop being re- And removing the flux from the quantum-coherent superconducting circuit.
제 16항에 있어서,
상기 LJJ는 롱-조셉슨-접합 제한 배열(arrangement) 및 단일 폭 조셉슨 접합 배열 중 조셉슨 접합 어레이의 하나로서 구현되는, 양자-코히어런트 초전도 회로에 자속을 인가하기 위한 방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the LJJ is implemented as one of a Long-Josephson-junction limiting arrangement and a Josephson junction array of single-width Josephson junction arrangements.
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